Theoretical studies in the nonlinear dynamics of ocean currents, eddies and waves

洋流、涡流和波浪非线性动力学的理论研究

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2015-05038
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The ocean is a highly nonlinear turbulent caldron of ocean currents, eddies and waves that span time scales from minutes to years and space scales from centimetres to thousands of kilometres. Many of the physical processes observed in the ocean are not yet fully understood in terms of fundamental geophysical fluid dynamics. Discovering and deciphering the detailed dynamics of the ocean has the potential to make a profound impact on our ability to understand and predict the full range of dynamical responses that can occur as the environmental "drivers" of ocean physics change over time.  ******My long-term research objective is focused on discovering new dynamics and developing new physical insights into the fundamental nonlinear geophysical fluid mechanics of ocean currents, eddies and waves and to apply this new knowledge to understand existing and to predict new complex ocean flows. My research program exploits innovative theoretical models, mathematical analysis and computational simulations to describe and explain nonlinear oceanographic dynamical processes from the sub-mesoscale (e.g., internal gravity waves) to the mesoscale (e.g., baroclinic instability and eddy dynamics) to the basin scale (e.g., abyssal ocean circulation theory). Another objective of my research program is to predict where new or interesting physical oceanographic processes may be occurring in order to motivate further specific observational or numerical studies. I will address these objectives by:******1. Within the context of my research into abyssal ocean currents, I will (i) solve the important problem of the non-hydrostatic mixed Kelvin Helmholtz-frictional destabilization of abyssal overflows paying particular attention to describing the downslope flow, mixing and internal gravity wave generation properties; (ii) describe and clarify the role of baroclinic vortex stretching in the generation of surface-intensified mesoscale eddies associated with abyssal overflows; (iii) describe and clarify the role of dissipation and internal waves in the cross equatorial flow of abyssal ocean currents paying particular attention to predicting where in the equatorial Atlantic ocean these mixing processes are occurring,    ***2. Within the context of my research into nonlinear baroclinic instability, I will solve the very important and challenging problem of determining the nonlinear evolution of wave packets at the point of marginal stability when the background flow exhibits time variability. This research has the potential to make a groundbreaking advance in our understanding of the dynamics of nonlinear baroclinic waves and their role in large-scale mixing. ******I will be training three MSc and two PhD students. In addition to making high-quality research contributions, my students learn highly desirable skills in formulating tractable research questions, logical reasoning, team work and computer programing and simulation.**
海洋是洋流,涡流和波浪的高度非线性的湍流caldron,其时间范围从几分钟到几年到数千公里的时间范围。从基本的地球物理流体动力学角度来看,在海洋中观察到的许多物理过程尚未完全理解。发现和解密海洋的详细动力,有可能对我们理解和预测随着海洋物理学的环境“驱动因素”的全部动态反应的能力产生深远的影响。 ****我的长期研究目标集中在发现新的动力学并开发新的物理见解,以了解洋流,涡流和波浪的基本非线性地球物理流体机制,并运用这种新知识来了解现有的现有并预测新的复杂海洋流。我的研究计划利用了创新的理论模型,数学分析和计算模拟,以描述和解释非线性海洋学动态过程,从子级尺度(例如,内部重力波)到中尺度(例如,横向层次不稳定性和涡流动力学)到盆地量表(例如,大小(例如,大小):ABYSSAL OCEACHACHICALCHY TOWHALCOLY理论)。我的研究计划的另一个目的是预测可能发生新的或有趣的物理海洋学过程,以激发进一步的特定目标或数值研究。我将通过以下方式解决这些目标:****** 1。在我对深渊洋流的研究的背景下,我将(i)解决非静态混合混合kelvin kelvin helmholtz对深渊溢出的稳定性的重要问题,特别注意描述下坡流动,混合和内部重力波的特性; (ii)描述和阐明斜压涡流拉伸在与深渊溢出相关的表面强度的中尺度涡流中的作用; (iii)描述和阐明耗散和内部波在深渊洋流的交叉等效性流中的作用,特别注意预测在同等的大西洋中,这些混合过程发生在哪里,*** 2。在我对非线性斜压不稳定性的研究的背景下,我将解决一个非常重要的挑战问题,即当背景流表现出时间变化时,在边际稳定性点上确定波数据包的非线性演变。这项研究有可能在我们了解非线性斜压波及其在大规模混合中的作用方面取得突破性的进步。 ****我将培训三名MSC和两名博士学位学生。除了做出高质量的研究贡献外,我的学生还学习了高度理想的技能,以提出可访问的研究问题,逻辑推理,团队合作以及计算机编程和模拟。**

项目成果

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